“氫”+“氧”產生水，這一簡單的化學反應，代表新能源汽車未來發(fā)展的高階方向。但是，如何在一塊車用燃料電池里充分利用好氫氣，產生“高、大、長”的動力，則是一道國際性難題。今天上午，這道國際難題的破解之道，豁然登上2019年度上?？萍吉剟畲髸念I獎臺。由上海交通大學、新源動力股份有限公司、上海汽車集團股份有限公司和上海治臻新能源裝備有限公司共同攻關的“高功率密度燃料電池薄型金屬雙極板及批量化精密制造技術”，今天榮獲2019年度上海市技術發(fā)明獎特等獎。
“發(fā)動機”里有乾坤
發(fā)展氫能與燃料電池汽車成為全球共識，我國已將燃料電池汽車列入國家發(fā)展戰(zhàn)略，預計2030年年產量達百萬輛。而燃料電池，正是這一輛輛未來汽車的“發(fā)動機”。鉆進“發(fā)動機”內，數(shù)百張電池板“手拉手”組成的電堆，則是燃料電池產生動力源的核心；又由于電堆要占到燃料電池系統(tǒng)60%的成本以及整車30%的成本，電堆又是燃料電池汽車降低成本的“金鑰匙”。
“由于汽車市場對于大功率、長距離、低成本的要求，燃料電池電堆發(fā)展趨勢應該是從原來增程式或小功率，向著全功率模式轉變?！表椖控撠熑?，上海交通大學機械與動力工程學院教授來新民告訴記者，研制高功率密度、大功率輸出、長壽命運行和低成本制造的車用電堆，成為整個科研團隊自2005年以來不變的初心。
而要實現(xiàn)這一目標，傳統(tǒng)的石墨板電堆，必須被顛覆?！俺擞密嚾剂想姵貙w積和重量要求嚴苛，碳材料電池板又大又重。”可是替代說說容易，實踐起來需要從技術到生產全部自主創(chuàng)新。項目歷經十余年研究，終于發(fā)明了薄型金屬雙極板“兩板三場”新結構。基于該結構，氫、氧、水流場的新型分配形式，創(chuàng)造出三代12款金屬雙極板。
金屬板的“中國方案”
這不就是一塊車牌嗎？當手里拿著這片長40厘米、寬10厘米的金屬板，很難想象這是“十五年才磨出的一劍”。只見這塊厚度不超過1.2毫米的金屬板上，刻著一道道整齊有序的花紋，看上去沒有什么特別。而正是它，實現(xiàn)了金屬板厚度比業(yè)界最薄的石墨極板降低52%，比石墨極板電堆功率密度提升2.4倍，讓燃料電池成功布置在轎車前艙。
接下來，400片金屬極板既要緊密“排排站”，又不能“擠在一起”，研究人員創(chuàng)造出貼緊極板多步成形誤差補償、激光焊接變形抑制等一系列新技術、新工藝，突破了金屬雙極板電堆疊放的接觸均勻性瓶頸。在全球，開發(fā)出首個400片115千瓦大功率車用電堆，實現(xiàn)了燃料電池汽車的全功率驅動，也就是加一次氫氣，可以一口氣跑上600公里。
在2019年世界新能源汽車大會上，項目團隊開發(fā)的電堆技驚四座，被評為代表新能源汽車方向的八項前沿技術之一。國內、國際知名汽車品牌企業(yè)紛紛前來位于臨港的上海治臻考察，并提出了多方面的合作事宜。
創(chuàng)新鏈條“第一步”
對于金屬雙極板來說，提出全新結構、開發(fā)新產品只是漫長創(chuàng)新鏈條的第一步。為了高功率密度燃料電池薄型金屬雙極板，從論文項目變成生產圖紙；讓裝有“交大”金屬雙極板電堆的新能源汽車，從生產線加速跑上高速路。來新民與志同道合的同事、學生一道，依托多年耕耘的科研項目開始創(chuàng)業(yè)，成立了上海治臻。
很“幸運”，公司發(fā)展之初得到了上汽集團連續(xù)五年燃料電池技術攻關項目的穩(wěn)定投入，新源動力大力協(xié)作。同時，上海市科委和臨港集團連續(xù)支持，讓這家不到10人的科技小公司，快速成長到80余人的成長型企業(yè)。如今，團隊已經建成了年產50萬片金屬板全流程生產線，占據(jù)國內氫能源燃料電池市場的半壁江山以上。
“這只是中國氫能源燃料電池汽車發(fā)展的一小步?！眮硇旅裾f，中國汽車想要在新能源汽車上真正實現(xiàn)彎道超車，還需要在多個部件、材料、系統(tǒng)上有更大的突破。
新民晚報記者 馬亞寧
